膜電極組件原理

氫氣通過(guò)陽(yáng)極極板上的氣體流場(chǎng)到達(dá)陽(yáng)極，通過(guò)電極上的擴(kuò)散層到達(dá)陽(yáng)極催化層，吸附在陽(yáng)極催化劑層，氫氣在催化劑鉑的催化作用下分解為2個(gè)氫離子，即質(zhì)子H＋，并釋放出2個(gè)電子。這一過(guò)程稱為氫的陽(yáng)極氧化過(guò)程，

陽(yáng)極上發(fā)生的反應(yīng)為：

H2＝2H＋＋2e

在電池的另一端，氧氣或空氣通過(guò)陰極極板上的氣體流場(chǎng)到達(dá)陰極，通過(guò)電極上的擴(kuò)散層到達(dá)陰極催化層，吸附在陰極催化層，同時(shí)，氫離子穿過(guò)電解質(zhì)到達(dá)陰極，電子通過(guò)外電路也到達(dá)陰極。在陰極催化劑的作用下，氧氣與氫離子和電子發(fā)生反應(yīng)生成水，這一過(guò)程稱為氧的陰極還原過(guò)程，

陰極上發(fā)生的反應(yīng)為：

1／2O2＋2H＋＋2e ＝ H2O

總的化學(xué)反應(yīng)式為：

H2＋1／2O2＝H2O

與此同時(shí)，電子在外電路的連接下形成電流，通過(guò)適當(dāng)連接可以向負(fù)載輸出電能，生成的水通過(guò)電極隨反應(yīng)尾氣排出。

高性能的膜電極具有以下特點(diǎn)：

（1）能夠最大限度減小氣體的傳輸阻力，使得反應(yīng)氣體順利由擴(kuò)散層到達(dá)催化層發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)。

（2）形成良好的離子通道，降低離子傳輸?shù)淖枇Α?

（3）形成良好的電子通道。

（4）氣體擴(kuò)散電極應(yīng)該保證良好的機(jī)械強(qiáng)度及導(dǎo)熱性。

（5）膜具有高的質(zhì)子傳導(dǎo)性。

該質(zhì)子交換膜是夾在兩電極之間，催化劑嵌入在他們之間。電極相對(duì)質(zhì)子交換膜是絕緣的。 這兩個(gè)電極分為陽(yáng)極和陰極。

該質(zhì)子交換膜是質(zhì)子滲透膜，它是絕緣的。通過(guò)這個(gè)絕緣膜運(yùn)輸質(zhì)子從陽(yáng)極向陰極，電子則從導(dǎo)電的路徑運(yùn)輸?shù)疥帢O。如杜邦公司(Dupont)，Dow and E-TEK 都在生產(chǎn)質(zhì)子交換膜PEMs。 杜邦公司的PEM商標(biāo)名稱 "Nafion" 。 該公司使用的Nafion質(zhì)子交換膜有Nafion 112 ， 115 ， 117 ， 105 。

電極是熱壓在PEM上的 。常用的電極材料，包括碳纖維、東麗(Toray)碳纖維紙。E-TEK生產(chǎn)的碳纖維稱為ELAT，它能最大化把氣體運(yùn)輸?shù)絇EM，而把水脫離PEM。elat中嵌入貴金屬催化劑，可以作為電極。鉑是一種最常用的催化劑，但是其他鉑族金屬也常常使用。釕和鉑往往一起使用，如果CO作為電化學(xué)反應(yīng)的產(chǎn)物，它會(huì)破壞質(zhì)子交換膜和影響燃料電池的效率。由于稀土金屬成本高昂，以開(kāi)發(fā)低成本的催化劑材料成為熱門研究。正是由于這些高成本因素，成為了推廣燃料電池的障礙。

在實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中可以根據(jù)設(shè)計(jì)的需要將多個(gè)單電池組合成為燃料電池電堆以滿足不同大小功率輸出的需要。

《膜組件及裝置型號(hào)命名(GB/T 20502-2006)》由中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社出版。

《中華人民共和國(guó)海洋行業(yè)標(biāo)準(zhǔn):超濾膜及其組件(HY/T 112-2008)》由中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社出版。2100433B